Damp heat–stable perovskite solar cells with tailored-dimensionality 2D/3D heterojunctions
2022/07/07
有鑑於能源需求逐年上升，能源轉型被視為是人類永續發展的重要課題。太陽能被視為是幾乎取之不竭的理想再生能源，為了取用太陽能，商用太陽能電池模組的光電轉換效率(power conversion efficiency, PCE) 近年已穩定推升至約20 % 左右。而學術研究中的鈣鈦礦太陽能電池(perovskite solar cells, PSCs)，更因其優越的PCE (>22%)與合理的製造成本，成為發展次世代太陽能電池的重要研究方向。但PSCs的低環境安定性至今仍為其商業化前，有待克服的一堵高牆。
近期以“Damp heat–stable perovskite solar cells with tailored-dimensionality 2D/3D heterojunctions”為題發表於Science (DOI: 10.1126/science.abm5784, 2022)的科學研究中，Prof. Stefaan De Wolf (Physical Sciences and Engineering Division, KAUST Solar Center, KAUST, Kingdom of Saudi Arabia) 透過製備2D/3D複合主動層來鈍化PSCs在電子傳輸層與主動層間的介面，成功克服傳統3D PSCs缺乏長效安定性的問題。這種新型的2D/3D複合PSCs能提供 PCE = 24.3%的高光電轉換效率，更重要的是，能在經歷1000小時的高濕高熱加速老化實驗(damp-heat test: 85°C, 85% 相對溼度)後仍保有95%的初始效率。在此新型PSCs中，2D/3D複合奈米微結構對元件的性能與安定度至關重要，陽明交通大學應用化學系的王建隆教授與其碩士班學生陳媛在本研究中，透過使用國家同步輻射中心(NSRRC)的低略角X光散射 (grazing-incidence wide-angle x-ray scattering)，成功的解析出新型PSCs中的2D/3D 複合奈米結構，為研究提供了區分新型2D/3D複合PSCs與傳統3D PSCs在薄膜形貌上的實證。此研究中新穎的元件設計與精細的奈米微結構解析為PSCs往商業化邁進的重要基石。此外，KAUST與NYCU在永續能源上的成功合作相信也將激勵更多的跨國與跨領域研究。
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